ويكيبيديا

سعة حرارية: الفرق بين النسختين

تصفح التاريخ تفاعلياً
[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
JarBot (نقاش | مساهمات)
17٬592٬533 edits
ط بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V2.7
Glory20 (نقاش | مساهمات)
35٬444 edits
لا ملخص تعديل
وسمان: تعديلات طويلة تحرير مرئي
سطر 1:
'''السعة الحرارية''' أو '''التحميل الحراري''' مصطلح من علم [[ديناميكا حرارية|الديناميكا الحرارية]] يرمز له عادة ب '''C'''.<ref>{{cite web|title=Heat Storage in Materials| work=The Engineering Toolbox |url=http://www.engineeringtoolbox.com/sensible-heat-storage-d_1217.html| مسار الأرشيف = http://web.archive.org/web/20171006050637/http://www.engineeringtoolbox.com:80/sensible-heat-storage-d_1217.html | تاريخ الأرشيف = 06 أكتوبر 2017 }}</ref><ref>{{cite journal|first=David |last=Wallace|url=http://philsci-archive.pitt.edu/archive/00004744/01/gravent_archive.pdf|title= Gravity, entropy, and cosmology: in search of clarity|journal=British Journal for the Philosophy of Science|doi=10.1093/bjps/axp048|format=preprint|year=2010|volume=61|issue=3|page=513|bibcode = 2010BJPS...61..513W |arxiv = 0907.0659 }}</ref><ref>{{cite web|title=HCV (Molar Heat Capacity (cV)) Data for Methanol| work=Dortmund Data Bank Software and Separation Technology |url=http://ddbonline.ddbst.de/EE/110%20HCV%20(Molar%20Heat%20Capacity%20(cV)).shtml| مسار الأرشيف = http://web.archive.org/web/20140729095539/http://ddbonline.ddbst.de/EE/110%20HCV%20(Molar%20Heat%20Capacity%20(cV)).shtml | تاريخ الأرشيف = 29 يوليو 2014 }}</ref>
 
وهي قيمة تبين مدى قابلية جسم ما لتخزين [[حرارة|الطاقة الحرارية]]. حيث ترمز C لقيمة الطاقة الحرارية Q التي يجب إمداد جسم أو نظام ما بها لرفع درجة حرارته درجة مئوية واحدة. وعلى هذا الأساس فإن وحدة التحميل الحراري هي [[جول|الجول]] لكل [[كلفن]]. بالنسبة للمواد الصلبة والسوائل لاتختلف السعة الحرارية عند ضغط ثابت عن تلك المقاسة عند حجم ثابت. أما بالنسبة للغازات فنميز بين السعة الحرارية عند ضغط ثابت ،ثابت، والسعة الحرارية عند حجم ثابت ،ثابت، حيث تتمدد الغازات كثيرا بالحرارة :
 
* السعة الحرارية عند حجم ثابت:<math>C_V=\left(\frac{\partial U}{\partial T}\right)_V</math>
* السعة الحرارية عند ضغط ثابت: <math>C_P=\left(\frac{\partial H}{\partial T}\right)_P</math>
 
هذا هو التعريف الترموديناميكي للحرارة النوعية لغاز حيث تعني U [[طاقة داخلية|الطاقة الداخلية]] للمادة ،للمادة، أما في حالة ثبات الضغط فتعني H [[إنثالبي]] المادة (وهي طاقة أعم من الطاقة الداخلية). وطبقا لهذا التعريف تكون السعة الحرارية هي معدل تغير الطاقة الداخلية للمادة بتغير درجة الحرارة ،الحرارة، أو معدل تغير إنثالبي المادة بتغير درجة الحرارة (انظر [[معادلة الحالة]]).
 
== السعة الحرارية للماء ==
 
تختلف السعة الحرارية لمادة عند درجات حرارة مختلفة. فعلى سبيل المثال نجد السعة الحرارية للماء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية تختل طفيفا عنها عند درجة حرارة 15 مئوية :
 
* ماء عند 20&nbsp;°C: <math>c = 4{,}190~\mathrm{kJ/(kg\, K)}</math>
* ماء عند 15&nbsp;°C: <math>c = 4{,}186~\mathrm{kJ/(kg\, K)}</math>
السطر 15 ⟵ 17:
وهكذا فهي تختلف بين درجة الصفر المئوي إلى 100 مئوية. عند الصفر المئوي تسود [[حرارة انصهار|حرارة الانصهار]] أي تحول الثلج إلى ماء وعند 100 درجة مئوية للماء تسود [[درجة الغليان]].
 
لكي ينصهر الثلج ويتحول إلى ماء فهو يحتاج لامتصاص حرارة من الخارج ،الخارج، ويظل يمتص حرارة من الخارج عند درجة حرارة ثابتة وهي الصفر المئوي حتى يتحول الثلج إلى ماء. تلك هي "حرارة الانصهار" وهي تعادل 333 كيلوجول/كيلوجرام . بعد ذلك يمتص حرارة بمقدار '''سعته الحرارية''' فترتفع درجة حرارة الماء من الصفر المئوي إلى 1 درجة مئوية ،مئوية، ثم 2 ثم 3 درجة مئوية وهكذا. وطبقا لمعادلتنا أعلاه فلا بد له من أن يكتسب حرارة قدرها &nbsp;: <math>c = 4{,}190~\mathrm{kJ/(kg\, K)}</math>
لترتفع درجة حرارته من 20 إلى 21 [[درجة مئوية]] ، وهكذا حتى نصل إلى درجة الغليان. وعند درجة الغليان تسود [[حرارة تبخر|حرارة التبخر]] وهي كمية الحرارة الازمةالأزمة لتحويل 1 [[جرام]] من الماء إلى [[بخار]] ، وهي تساوي [[ماء|للماء]] تقريبا 2260 كيلو [[جول]]/[[كيلوجرام]].
 
== السعة الحرارية المولية ==
 
يجب التفرقة بين المصطلحات الآتية :
 
* '''[[حرارة نوعية|الحرارة النوعية]]''' <math>c</math>, وهي تقاس بالنسبة لوحدة [[كتلة|الكتلة]](عادة الكيلوجرام) <math>[c] = \mathrm{\tfrac{J}{kg \cdot K}}</math>
* ''' السعة الحرارية المولية ''' <math>C_\mathrm{mol}</math>), وتقاس لكمية 1 [[مول]] من المادة <math> [C_\mathrm{mol}] =\mathrm{\tfrac{J}{mol \cdot K}}</math>
السطر 46 ⟵ 49:
|}
 
ينطبق [[قانون دولون-بتي]] للحرارة النوعية على المواد الصلبة للفلزات الثقيلة في درجات الحرارة العالية ، حيث يعطي سعة حرارية مولية ثابتة قدرها <math>C_\mathrm{mol} = 3 R \approx 25 \mathrm{J/(mol \cdot K)}</math> للمادة الصلبة ،الصلبة، حيث R هو [[ثابت الغازات العام]].
 
ولكن نموذج دولون-بتي يفشل في حساب السعة الحرارية للمواد الصلبة في درجات الحرارة المنخفضة. وفشل كذلك [[نموذج أينشتاين]] ولكن نجح في ذلك [[نموذج ديباي]] وهو يبدي اعتمادا للسعة الحرارية على درجة الحرارة في درجات الحرارة المنخفضة بالعلاقة <math>T^3</math>.
 
وطبقا لنموذج ديباي تعتمد السعة الحرارية المولية لمادة صلبة على خاصية للمادة تسمى "درجة ديباي" <math> \Theta_\mathrm{D} </math>,.
:
:<math> c_V(T) = 9R \cdot \left(\frac{T}{\Theta_\mathrm{D}} \right)^3 \int_0^{\frac{\Theta_D}{T}} \frac{x^4 \cdot \mathrm e^x}{\left(\mathrm e^x-1 \right)^2} \mathrm dx </math>
 
سبق نموذج ديباي نموذج لأينشتاين ولكن اتضح أن نموذج أينشتاين لا يعطي قيما تتفق مع القياسات. والفرق بين النموذجين هو أن أينشتاين اعتبر أن الذرات في المادة تهتز بنفس تردد واحد ،واحد، بينما اعتبر نموذج ديباي أن الذرات في المادة يمكن أن تهتز [[تردد|بترددات]] مختلفة ،مختلفة، وأتى هذا النموذج بالصيغة النظرية الحقيقية التي تتفق مع التجربة وعلى الأخص في درجات الحرارة المنخفضة.
 
== السعة الحرارية لغاز مثالي ==
السطر 62 ⟵ 65:
على الأخص في الغازات تعتمد السعة الحرارية على الظروف المحيطة. ولهذا نفرق بين السعة الحرارية عند ثبات الضغط ''C<sub>p</sub>'' وبين السعة الحرارية للغاز عند ثبات الحجم ''C<sub>V</sub>''.
 
فعند ثبات الحجم يحدث [[تغير حالة|تغير الحالة]] عن طريق إمداد الغاز بحرارة من الخارج فتعمل على ارتفاع [[درجة حرارة]] الغاز ،الغاز، وهذا معناه زيادة [[طاقة حركة]] جزيئات الغاز. أما في حالة إمداد الغاز بحرارة من الخارج مع المحافظة على ثبات الضغط فنجد أن الغاز يقوم بأداء [[عمل (ترموديناميك)|شغل]] حيث يزداد حجم الغاز. ويحدث ذلك بسبب تمدد الغاز تحت وقع الحرارة وبسبب محافظتنا على ثبات الضغط.
 
أي أنه في حالة ثبات الضغط يستهلك جزء من الحرارة التي تمد بها الغاز من الخارج في أداء شغل حجمي. لذلك لا بد من إمداد الغاز بكمية أكبر من الحرارة في حالة ثبات الضغط لرفع درجة حرارته درجة واحدة عن كمية الحرارة الواجدب إمدادها للغاز في حالة ثبات الحجم لرفع درجة حرارته درجة واحدة.
 
بانسبة [[غاز مثالي|لغاز مثالي]] تنطبق المعادلة :
 
:<math>\,C_p = C_V + N\,k_B = C_V + n\,R </math>
السطر 77 ⟵ 80:
: <math>R=N_A\,k_B</math> [[ثابت الغازات العام]].
 
بالنسبة لواحد [[مول]] من الغاز تنطبق المعادلة :
 
:<math>\,C_{mol,p} = C_{mol,V} + R </math>.
السطر 83 ⟵ 86:
'''مـــــثال : '''
 
قياسات أجريت على غاز [[الهيدروجين]] (<math>H_2</math>) عند 20 [[درجة مئوية]] وضغط جوي 1,013&nbsp;[[بار]],:
* مع المحافظة على ثبات الضغط: <math>c_p = 14{,}24\, \mathrm{kJ/(kg\, K)}</math>
* عند المحافظة على ثبات الحجم : <math>c_V = 10{,}1\, \mathrm{kJ/(kg\, K)}</math>
 
نجد اختلافا طفيفا في الفرق بين القيمتين المقاستين عمليا والقيمتين المحسوبتين نظريا :
السطر 95 ⟵ 98:
{{مفصلة|معامل ثبات الاعتلاج}}
 
يعرف معامل ثبات الاعتلاج [[غاز مثالي|لغاز مثالي]] بأنه حاصل قسمة السعة الحرارية المولية عند ثبات الضغط ى مقسوما على السعة الحرارية المولية عند ثبات الحجم :
 
:<math> \kappa=\frac{C_p}{C_V}=\frac{C_{mol,p}}{C_{mol,V}} </math>
 
فإذا كان معامل ثبات الاعتلاج <math>\kappa </math> معروفا فيمكننا حساب السعتين الحراريتين لغاز مثالي من المعادلة :
 
: <math>C_{mol,p} - C_{mol,V} = R</math>
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/wiki/سعة_حرارية»